Устройство для измерения массы и управления потоком сыпучего материала

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для измерения массы движущихся объектов или массы груза, транспортируемого конвейерами. Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет компенсации дрейфа нуля датчика веса и повышения точности аналого-цифрового преобразования. Сигнал с датчика 1 веса поступает на информационный вход специализированного преобразователя 2 аналог-частота, с информационного выхода которого в течение времени T<SB POS="POST">U1</SB> и T<SB POS="POST">U2</SB> частотный сигнал проходит на третий счетчик таймера 5. Формирование одинаковых интервалов времени измерения T<SB POS="POST">U1</SB> и T<SB POS="POST">U2</SB> осуществляется первым счетчиком таймера 5, который заполняется импульсами генератора 4 под управлением микропроцессорного вычислительного блока 7. Причем для компенсации составляющей погрешности измерения, обусловленной дрейфом нуля датчика 1 веса, измерение сигнала датчика 1 веса в интервалах времени T<SB POS="POST">U1</SB> и T<SB POS="POST">U2</SB> производится при различной полярности напряжения питания тензодатчиков датчика 1 веса. Для этого устройство снабжено триггером 3, который переключается импульсами с микропроцессорного вычислительного блока 7 и изменяет уровень сигнала на управляющем входе преобразователя 2 аналог - частота, формирующего также напряжение питания для тензодатчиков датчика 1 веса. Второй счетчик таймера 5 формирует временной интервал Τ (между T<SB POS="POST">U1</SB> и T<SB POS="POST">U2</SB>), в течение которого на период переключения полярности напряжения питания тензодатчиков прекращается измерение сигнала датчика 1 веса. Зафиксированный за время измерения T<SB POS="POST">U1</SB> + T<SB POS="POST">U2</SB> в третьем счетчике таймера 5 код N<SB POS="POST">U</SB>, пропорциональный сигналу датчика 1 веса, обрабатывается далее в микропроцессорном вычислительном блоке 7. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 G 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4329282/24-10 (22) 18.11.87 (46) 30.11.89. Вюл. 11 - 44 (71) Днепропетровский горный институт им. Артема и Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) В.В. Вггшггя, А.С. Гнускин, А.П.Ракаев, А.С. Ерошкин и 10.A. Трецгев (53) 681.269(088.8) (56) Управляемая микропроцессором система измерения и регулирования для весов непрерывного действия типа MICROC0NTFCO. Перевод с нем. Р E-19265, ВЦП. M., 1983.

Авторское свидетельство СССР

OI G 11/04, 1981.

„„SU„„5254 5 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ 1 1АССЫ

И УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к" весоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения массы движущихся объектов или массы груза, транспортируемого конвейерами. Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет компенсации дрейфа нуля датчика веса и повьш ения точности аналого-цифрового преобразования.

Сигнал с датчика 1 веса поступает на информационный вход специализированного преобразователя 2 аналог — частота с информационнсго вьгхода кото- г

У

Ж рого в течение времени t „и t ц часО! тотный сигнал проходит на третий счет1525475 чик таймера 5. Формирование одинаковых интервалов времени измерения и tz< осуществляется первым счетчиком таймера 5, который заполняется

5 импульсами генератора 4 под управлением микропроцессорного вычислительного блока 7. Причем для компенсации составляющей погрешности измерения, обусловленной дрейфом нуля датчика 1 веса, измерение сигнала датчика 1 веса в интервалах времени t О и о< производится при различной полярности напряжения питания тензодатчиков датчика 1 веса. Для этого устройство снабжено триггером 3, который переключается импульсами с микропроцессорного вычислительного блока 7 и измеИзобретение относится к весоизмерительной технике и может быть исполь" зовано для измерения массы движущихся объектов, массы груза, транспортируемого ленточными или другими конвейерами, в непрерывных или порционных доэаторах с аналоговыми датчиками веса.

Цель изобретения — повышение точности измерения эа счет повышения точности аналого-цифрового преобразования сигнала датчика веса.

На фиг. 1 приведена схема предложенного устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство для измерения массы и управления потоком сыпучих материалов (фиг. 1) содержит аналоговый датчик 1 веса, специализированный пре- 40 обраэователь 2 аналог — частота, триггер 3, генератор 4 прямоугольных импульсов, таймер 5, содержащий три счетчика импульсов, инвертор 6, микропроцессорный вычислительный блок 7, 45 снабженный интерфейсом 8 ввода-вывода, индикатор 9 результата взвешивания, исполнительные механизмы 10 для управлния потоком сыпучих материалов и импульсный датчик ll скорости, под50 ключенный через интерфейс 8 ввода-вывода к одному из входов микропроцессорного вычислительного блока 7. Выход датчика 1 веса соединен с информационным входом преобразователя 2 аналог — частота, первьаЪ выход кото55 рого подключен к информационному входу третьего счетчика таймера 5, второй выход — к входу по питанию датчиняет уровень сигнала на управляющем входе преобразователя 2 аналог — частота, формирующего также напряжение питания для тенэодатчиков датчика 1 веса. Второй счетчик таймера 5 формирует временной интервал с (между и t> ), в течение которого на период переключения полярности напряжения питания тенэодатчиков прекращается измерение сигнала датчика 1 веса.

Зафиксированный за время измерения

t > + „ в третьем счетчике таймера 5 код 11ц, пропорциональный сигналу датчика 1 веса, обрабатывается далее в микропроцессорном вычислительном блоке 7. 2 ил. ка 1 веса, а информационные входы первого и второго счетчиков таймера 5 и второй вход микропроцессорного вычислительного блока 7 (череэ интерфейс 8 ввода-вывода) соединены с выходом генератора 4 прямоугольных импульсов. Разрешающие входы первого и второго счетчиков таймера 5 подключены к источнику опорного напряжения, а разрешающий вход третьего счетчика таймера 5 через инвертор 6 соединен с выходом первого счетчика таймера 5 и через интерфейс 8 ввода-вывода — с третьим входом микропроцессорного вычислительного блока 7. Четвертый вход микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода подключен к выходу второго счетчика таймера 5, а первый выход микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода соединен со счетным входом триггера 3 один из выходов которого подключен к управляющему входу преобразователя аналог — частота. Второй и третий выходы микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода соединены соответственно с входом Чтение" и входом "3aпись" таймера 5, а шина данных (ШД) и шина адреса (ША) микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода соединены с соответствующими шинами таймера 5, Индикатор 9 через интерфейс 8 вводавывода соединен с четвертым выходом микропроцессорного блока 7, на пятый выход которого через интерфеис 8 вво1525475 да-вывода подключены исполнительные механизмы !0.

Каждый счетчик таймера 5 представ— ляет собой б-разряд»»ый» регистр обратного счета, т.е. работающий только

5 на нычитание. Г!г»кропроцес сорный вычислительный блок 7 содержит микропроцессор (МП), постоянную память (ПЗУ), оператинную память (ОЗУ) и другие элементы и предназначен для управления процессом взвешивания и дозирования, а также вЬ»г»олнения арифметических операций.

Все блоки предлагаемого устройства 15 являются с.тандартными и выпускаются серийно. Например, н качеСтве триггера 3 можно использовать микросхему

К155ТВ1, таймера 5 — микросхему

К58ВИ53. В качестве источника опорного напряжения Б „ может использоваться любое напряжение устройства, соответствующее "1".

Устройство работает следующим образом. 25 пульс.

Работа устройства состоит в многократном измерении н интервале Т с,» значений сигнала датчика 1 веса, вычислениии масс груза Г1; перемещаемых конвейером з а время Т ; и, наконец, определении ре з ул ь ти р уюшей массы г руза 1 !, перемещенной конвейером эа л. время взвешивания

Сигнал 1,< с датчика 1 веса, пропорциональный массе груза на участке измерения конвейера, поступает на информационный вход преобразователя 2 аналог — частота. На »»ервом (информационном) выходе »»реобразователя 2 аналог — частота нь»рабатывается сигнал U< с частотой

50

При измерении массы груза, перемещаемого ленточным конвейером, т ° е. при работе устройства импульсы от датчика 11 скорости (фиг. 2) с частотой Ес(t), пропорциональной скорости движения ленты конвейера, через интерфейс 8 ввода-вывода поступают н микропроцессорный вычислительный блок 7, н котором по длительности периода Т поступления импульсов опреC,i деляется скорость Ч движения ленты на интервале Т

Чс = ?»/Тс у (1) где ?» — отрезок пути, при ггрохождении 40 которого лентой конвейера датчик 11 скорости нырабатывает очередной им о ?U!»

Rx о

= ((1;,) = 2f, (2) ?о о !х а параметры преобразователя 2 аналог — частота; коэффициент пропорциональности; полезный информационньп» сигнал датчика 1 веса; величина дрейфа

"нуля" датчика 1

1 см веса или величина разбаланса моста тензодатчиков.

Наличие в выражении (2) знака "+" вызвано тем, что на втором выходе специализированного преобразователя 2

> аналог — частота формируется напряжение питания для тензодатчикон датчика 1 веса. Причем полярность напряжения питания, подаваемая от преобразователя аналог — частота на тензодатчики, зависит от уроння сигнала на управляющем входе преобразователя 2 аналог — частота. Если этот сигнал соответствует "1, то уровень напряжения питания тензодатчиков одной полярности, если "0" — другой.

Непосредственному измерению сигна- ла датчика 1 веса предшествует настройка таймера 5. Для инициализации таймера 5 с микропроцессорного вычислительного блока 7 должен быть введен в таймер 5 набор управляющих слов, задающих нулевой режим и начальные значения каждого в отдельности счетчика.

Для этого в момент времени t» на ША через интерфейс 8 ввода-вывода с микропроцессорного вычислительного блока 7 выставляется адрес первого счетчика таймера 5. Затем с третьего выхода микропроцессорного вычислительного блока 7 ерез интерфейс 8 ввода-вывода на вход "Запись" таймера 5 (линия связи 14) подается импульс нулевой полярности, по которому ШД микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода в первый счетчик таймера 5 записывается начальный код п, . Следующей командой микропроцессорного вычислительного блока 7 на ША выставляется адрес третьего счетчика таймера 5 и с ШД микропроцессорного блока 7 че! 525475 рез интерфейс 8 ввода-вывода в третий счетчик таймера 5 записывается начальный код FFFF(,t)(åäèíèöû во всех разрядах счетчика). Запись в первый

5 счетчик таймера 5 начального кода п при наличии "1" на разрешающем входе

Р открывает первый счетчик таймера 5, и импульсы от генератора 4 прямоугольных импульсов с частотой начнут проходить на первый счетчик таймера 5, уменьшая его значение, т.е. формируется первый интервал измерения t сигнала датчика 1 веса. Ими> пульсы от генератора 4 поступают так-15 же по линии 17 связи непрерывно через интерфейс 8 ввода-вывода на микропроцессорный вычислительный блок 7, синхронизируя работу всех его узлов °

Значение начального кода п выбирается таким, чтобы при частоте f генератора 4 прямоугольных импульсов обеспечить необходимую длительность интервала измерения t ц, (например, t 0,1 с) 25 и! = fr tui (3)

После занесения начального кода п в первый счетчик таймера 5 (момент t ) сигнал на выходе Q y таймера 5 становится равным нулю, следовательно, на разрешающий вход Р третьего счетчика таймера 5 через инвертор 6 подается сигнал U< высокого уровня (фиг. 2), разрешающий тем самым прохождение импульсов от преобразователя 2 аналог частота на третий счетчик таймера 5, 35 т.е. начинается подсчет (в обратном коде) количества импульсов от преобразователя 2 аналог — частота.

После того, как в первый счетчик таймера 5 поступит количество импульсов, равное заданному п1(момент t>), на выходе Q y таймера 5 вырабатывается единичный сигнал прерывания, который

45 через интерфейс 8 ввода-вывода поступает в микропроцессорный вычислительный блок 7 (линия связи 15); При этом автоматически запирается первый счетчик таймера 5 и через инвертор 6 низкий уровень на разрешающем входе Р блокирует счет третьего счетчика таймера 5. При этом в третьем счетчике таймера 5 будет зафиксировано значение кода N пропорциональное сигналу датчика 1 веса на интервале измерения

4 Ц1 7 01 KrlU1

tu,K (U, + 1„„), (4) где U — полезный информационный.

1 сигнал датчика 1 веса в интервале измерений времени u<"

По сигналу прерывания (по линии связи 15) микропроцессорный вычислительный блок 7 выставляет через интерфейс 8 ввода-вывода на ША .адрес второго счетчика таймера 5, а на ШД— начальный код п счетчика. Затем через интерфейс 8 ввода-вывода микропроцессорный вычислительный блок 7 (по линии связи 14 ) подает на таймер 5 сигнал "Запись", по которому во второй счетчик таймера 5 с ШД переписывается начальный код и и открывается для счета второй счетчик таймере 5 (на разрешающем входе Р, высокий уровень сигнала). Затем с первого выхода микропроцессорного вычислительного блока 7 (линия связи 12) через интерфейс 8 ввода-вывода на счетный вход триггера 3 поступает импульс, опрокидывающий триггер Э в противоположное состояние (в нашем примере — в единичное). Это приводит к изменению на противоположное значение полярности напряжения питания, подаваемого от преобразователя 2 аналог — частота к тензодатчикам датчика 1 веса. Значение кода и< выбирается таким, чтобы при принятой частоте fT генератора 4 прямоугольных импульсов обеспечить прерывание цикла измерения на время достаточное для прекращения всех переходных процессов в датчике 1 веса и преобразователе 2 аналог — частота, вызванных переключением полярности напряжения питания тензодатчиков датчика 1 веса (— 20 мс) п1- Ь,f„ (5)

В момент t+ (во второй счетчик таймера 5 поступило количество импульсов, равное заданному пi) второй счетчик таймера 5 автоматически запирается, а на выходе Q таймера 5 вырабатывается единичный сигнал прерывания, который по линии связи 16 через интерфейс 8 ввода-вывода поступает в микропроцессорный вычислительный блок 7, По сигналу прерывания микропроцессорный вычислительный блок 7 через интерфейс 8 ввода-вывода выставляет на ША адрес первого счетчика таймера 5, а на ШД— начальный код и<. Затем по сигналу

"Запись", поступающему в таймер 5 через интерфейс 8 ввода-вывода с мик1525475!

О ропроцессорного вычислительного блока 7, в перный счетчик таймера 5 с

ШД переписынается код и, и первый счетчик таймера 5 открывается для

5 счета (Начинается формирование второго интервала измерения t ц ) . Одновременно сигнал на выходе Q9! таймера 5 становится равным "нулю" и через инвертор 6 на разрешающий вход Рр третьего счетчика таймера 5 подается единичный сигнал, который возбуждает счет третьего счетчика таймера 5, т.е продолжается измерение выходного сигнала преобразователя 2 "аналог — час- 15 тота".

По истечению времени t „ n,/fy (ц = tu<) первый счетчик таймера 5 обнуляется (при этом он автоматически запирается) и на выходе Qp таймера 5 вырабатывается единичныи сигнал прерывания, который по линии связи 15 через интерфейс 8 ввода-вывода поступает в микропроцессорный вычислитель ный блок 7 (момент 1 ), 25

Высокий уровень сигнала на выходе

Q g таймера 5 через инвертор 6 блокирует третий счетчик таймера 5, т ° е ° приостанавливает его работу. При этом в счетчике будет зафиксирован код Ng, пропорциональный сигналу датчика 1 веса ц 1 < +» 1 (6) где N< t u< Еa = г- uq n(U)a — 1см) количество импульсон, поступивших от преобразователя 2 аналог — частота на

35 вход третьего счетчика таймера 5 в интернале tu<., полезный информационный сиг9 нал датчика веса н интервале време40 ни измерения tub.

Nu ц, K „(Ug<+ 1см) + ецио Кр(П р 1см) К и t u1(U31

Из выражения (7) следует, что иэме45 рение сигнала датчика 1 веса в течение нремени t „, + t ц = 2t „, с переключением полярности напряжения питания тензодатчикон позволяет исключить влияние дрейфа нуля" (разбаланса моста) тензодатчикон на значение Nu.

По сигналу прерывания (момент -); поступившему через интерфейс 8 ввода,вывода на третий вход микропроцессорного вычислительного блока 7 с выхода Q таймера 5, микропроцессорный вы-55 числительный блок 7 через интерфейс 8 ввода-вывода выставляет на ША адрес третьего счетчика таймера 5, а по линии связи 13 посыл, ет нулевой импульс

11

1тение на вход таймера 5. При этом содержимое третьего счетчика (N ) тайU мера 5 по ШД переписывается в оператинную память ОЗУ микропроцессорного вычислительного блока 7 (линия связи 12), через интерфейс 8 внода-вывода на счетный вход триггера 3 поступает импульс, опрокидывающий триггер 3 в противоположное состояние (на, диаграмме — и нулевое), что вызывает изменение на противоположное полярности напряжения питания тензодатчикон датчика 1 веса.

Останшееся до момента t< время (на диаграмме заштрихонано) используется микропроцессорным вычислительным блоком 7 для обработки полученных результатов измерения сигнала датчика 1 веса и подготовки к новому циклу Т измерения, т.е. н микропроцессорном вычислительном блоке 7 вычисляется и запоминается в отдельной ячейке памяти

ОЗУ произведение Nut u (t и = 2 в ), производится суммирование этого произведения со значением, ранее полученным н предыдущем измерении.

В момент t начинается новый, аналогичный рассмотренному, цикл Т измерения и обработки сигнала датчика l веса.

В момент t < (фиг. 2) через интерфейс 8 ввода-вывода на вход микропроцессорного нычислительного блока 7 поступает импульс с датчика 11 скорости, по которому н микропроцессорном вычислительном блоке 7 производится вычисление средней скорости V ; и перемножение значепия асср, на накопленЛЪ ную сумму Г 11„;С,„, где ш — колиj 1 ,честно циклов измерения Т, уложившихся н период времени Т

С1

В результате масса груза 111 перемещается конвейером за время Тс, и определяется как

711

11; = К Ч,р,; Г 11„ „, (8)

J сР, ц ц где К вЂ” коэффициент преобразования.

Полученное значение Е; запоминается н ОЗУ микропроцессорного вычислительного блока 7 для последующего суммирования частичными массами.

Так как суммирование вычислительных значений масс производится периодически с частотой Ес,, то результирующая масса груза 1 р, перемещенная конвейером за время вэнешивания, равна

15254

ll

Г м к v, n„e„, (9) где 1 — количество импульсов датчика 11 скорости, псступивших на вход микропроцессорного вычислительного 5

F блока 7 за вРемя ь (<, =, Т„) ..

i =-1

Реэ ул ьт ат вычисления массы груза Е иэ микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода поступает на индикатор 9 результата взвешивания, по показанию которого можно судить о массе груза, перемещенного конвейером, или может поступать на исполнительные механизмы 10 для управления процессом дозирования транспортируемого конвейером материала.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить точность измерения массы груза транспортируемого конвейером за счет устранения составляющей погрешности измерения, обусловленной дрейфом "нуля" датчика веса, возможности размещения преобразователя аналогового сигнала в частоту непосредственно у датчика веса, подключив его к таймеру через длинную линию связи, введения иных характеристик в процесс измерения. Использо- 30 вание устройства в дозаторах непрерывного действия наряду с повышением точности.измерения снижает допустимую основную погрешность и потери доэируемого материала при подготовке процесса, уменьшает время выхода на установившийся режим.

Форм улаиэобретени я устройство для измерения массы и управления потоком сыпучего материа- 40

l2 ла, содержащее микропроцессорный вычислительный блок с индикатором и выходом для подключения к исполнительному механизму управления, аналоговый датчик веса и датчик скорости, подключенный к первому входу вычислительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены преобразователь аналог частота, триггер, таймер с тремя счетчиками импульсов, генератор прямоугольных импульсов, инвертор и источник опорного напряжения, при этом выход генератора прямоугольных импульсов соединен с вторым входом вычислительного блока и с информационными входами первого и второго счетчиков импульсов, разрешающие входы которых подключены к источнику опорного напряжения, выход первого счетчика импульсов подключен к третьему входу вычислительного блока и через инвертор — к разрешающему входу третьего счетчика импульсов, информационный вход которого соединен с первым вь ходом преобразователя аналог — частота, первый выход вычислительного блока соединен со счетным входом триггера, один из выходов которого подключен к управляющему входу преобразователя аналог частота, информационный вход которого подсоединен к выходу датчика веса, второй и третий выходы вычислительного блока соединены соответственно с входом !Чтение!! и "Запись" таймера, шина данных и шина адреса которого соединены с соответствующими шинами вычислительного блока, четвертый вход которого подключен к выходу второго счетчика импульсов.! 525475

us(qf) и,, (чтение) 0уу запись) Составитель M. Жуков

Редактор M. Еелемеш Техред М.Дидык

Корректор В. Кабаций!

Заказ 7209/33 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101